導致COVID 的SARS-CoV-2 病毒有一種令人不安的能力，那就是經常產生自身的變種。其他病毒也會發生變異，但由於SARS-CoV-2 在大流行期間迅速蔓延到整個人類，造成數百萬人死亡，因此病毒的動態進化帶來了一個嚴重的問題：它一再挑戰我們身體對抗病毒的免疫反應，並阻礙了更新疫苗的準備過程。

了解助長SARS-CoV-2 產生變異能力的遺傳機制對遏制COVID 有很大幫助。在今天（4月22日）發表在《自然-微生物學》（Nature Microbiology）上的這項研究中，貝勒醫學院和合作機構的研究人員開發了一種名為tARC-seq的新技術，它揭示了影響SARS-CoV-2分化的遺傳機制，並使研究小組能夠計算出SARS-CoV-2的變異率。

利用tARC-seq，研究人員還在實驗室中捕捉了受感染細胞中SARS-CoV-2的新突變，再現了全球大流行病毒定序數據所揭示的觀察結果。這些發現有助於監測病毒在人類群體中的演化。

“SARS-CoV-2 病毒使用RNA 而不是DNA 來儲存其遺傳資訊。我們實驗室長期以來一直對研究RNA 生物學感興趣，當SARS-CoV-2 出現時，我們決定研究它的RNA 複製過程， RNA 病毒的複製過程通常容易出錯，」通訊作者、貝勒大學分子與人類遺傳學教授、分子病毒學與微生物學教授Christophe Herman 博士說。

研究人員希望追蹤RNA 複製錯誤，因為這些錯誤對於了解病毒如何進化、如何在人類群體中傳播時發生變化和適應至關重要，但目前的方法缺乏精確性，無法檢測到罕見的新SARS-CoV- 2 變異，尤其是在病毒數量較少的樣本中，例如來自患者的樣本。

Dan L Duncan 綜合癌症中心成員赫爾曼說：”由於患者樣本中的SARS-CoV-2 RNA 副本非常少，因此很難區分SARS-CoV-2 RNA 依賴性RNA 聚合酶（RdRp）（複製這種病毒RNA 的酶）產生的錯誤和序列分析中使用的其他酶產生的錯誤。特定RNA時的真實誤差。

最初的想法是，由於SARS-CoV-2 有一種內部機制來修復RdRp 所犯的錯誤，因此病毒應該不會很快進化或變異。

赫爾曼說：”這種想法與大流行期間世界各地經常出現新的COVID 變種這一事實形成了鮮明對比。自大流行開始以來，我們已經看到了一些突出的變種，包括Alpha、Beta、Delta和Omicron，以及這些群體中的變種”。

有了改進後的分析工具，研究人員準確地測定了實驗室細胞培養物和臨床樣本中SARS-CoV-2的變異頻率和變異類型。赫爾曼說：”我們發現變異率高於最初的預期，這有助於解釋COVID變異體頻繁出現的原因

他們還發現，SARS-CoV-2 RNA 中存在一些熱點，這些位置比其他位置更容易變異。 「例如，我們在與尖峰蛋白相對應的RNA 區域發現了一個熱點，尖峰蛋白是一種能讓病毒侵入細胞的蛋白質。此外，尖峰蛋白的RNA也構成了許多疫苗，」赫爾曼說。

tARC-seq 方法還發現，新變體的產生涉及模板切換。 “RdRp 在複製一個RNA 模板或序列時，會跳到附近病毒上的另一個模板，然後繼續複製RNA，因此產生的新RNA 副本是兩個RNA 模板的混合物，」赫爾曼說。 “這種模板切換會導致序列插入或缺失，從而產生病毒變異。我們還觀察到了複雜的突變。SARS-CoV-2利用模板切換和複雜突變這兩種強大的生物機制，使其能夠快速進化，產生變種，以適應並在人類族群中存活。

“tARC-seq 使我們能夠在實驗室細胞培養物中捕捉到新突變的出現，這些新突變再現了全球大流行測序數據中觀察到的突變，這既有趣又令人興奮。我們的新技術捕捉到了個別患者臨床樣本中新突變的快照，可用於監測人類群體中的病毒進化。

編譯來源：ScitechDaily